基于二維層狀薄膜材料p?g?n異質結光電子器件，所述的光伏探測器包括在基底上設有自下到上的結構：襯底絕緣層，所述絕緣層包括二氧化硅、PMMA等柔性絕緣襯底；p?型二維層狀薄膜材料薄膜層，所述p?型二維層狀薄膜材料薄膜層疊放在一個確定層數的石墨烯上，n?型二維層狀薄膜材料薄膜疊放在上述石墨烯下，整個異質結器件層置于所述絕緣層上，石墨烯將兩半導體層完全分隔開；所述頂柵絕緣層包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鉿等；頂柵金屬電極層設置所述頂柵絕緣層上。所述的異質結探測器感器還包括：基底，設置在所述絕緣層下面。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術是關于二維層狀材料p-g-n異質結光電子技術，特別是關于一種基于p-g-n異質結光電流成像。
技術介紹
光電子探測器在日常生活和軍事紅外制導等方面都有廣泛的應用。作為一種探測器，它能將光信號轉變成電學信號，進而用來探測物體的位置形狀。但是，應用最為廣泛的紅外探測器多數是使用在低溫環境下。尤其是高靈敏紅外探測器在航天航空領域里的人造地球衛星探測和紅外成像系統等有著廣闊的應用需求，以及高端武器平臺上的紅外預警與制導、紅外偵察、紅外通訊等，是國內外重點關注與投入的研究的重中之重，對發展尖端前沿科學技術、加強國防核心力量的建設具有舉足輕重的意義。同時，高靈敏紅外探測技術在工業、農業、醫學、交通等各個行業和部門也有廣大應用需求，如電力在線檢測、礦產資源勘探、地下礦井測溫和測氣、地貌或環境監測、農作物或環保監測、紅外醫學診斷、鐵路車輛軸溫探測、氣象預報等，使得紅外探測技術發展成為軍民兩用技術。隨著對光探測器性能要求的不斷提高，傳統的探測器已不足以應對。在這種背景下，二維層狀薄膜材料的出現，給光探測器領域帶了新的曙光。以硫化鉬為例，這種新興的二維碳原子層薄膜，表現出了強光與物質相作用，光吸收很強。又因為其優異的半導體電學特性和方便的微加工技術，基于二維層狀薄膜材料異質結光探測器展現著巨大的潛力。光伏型的光電探測器是理想的探測器，光伏型器件是由于不同摻雜類型的半導體接觸形成p-n結，或者是金屬跟半導體接觸形成肖脫基勢皇。光電響應的機理是內建電場對光生電子空穴對的分離。然而在二維層狀薄膜材料中實現原子層厚度的p-n結內建電場區幾乎是原子尺度。同時，半導體材料有具有比較大的帶隙。對光吸收有截止波段比較短，傳統的硅探測器波段集中在可見波段和近紅外波段。而另外一些銦鎵砷等紅外探測器探測波段比較長，缺點是需要低溫才能正常工作。這些探測器都有明顯的局限性和缺點。
技術實現思路
本專利技術實施例提供一種基于層狀材料異質結的光電子器件，以減小探測器的體積感器的體積，并實現室溫、寬波段和高靈敏探測器。為了實現上述目的，本專利技術技術方案是，一種基于層狀材料異質結的光伏探測器，所述的光伏探測器包括在基底上設有自下到上的結構:襯底絕緣層，所述絕緣層包括二氧化硅、PMMA等柔性絕緣襯底；ρ-型二維層狀薄膜材料薄膜層，所述ρ-型二維層狀薄膜材料薄膜層疊放在一個確定層數的石墨烯上，η-型二維層狀薄膜材料薄膜疊放在上述石墨烯下，整個異質結器件層置于所述絕緣層上，石墨烯將兩半導體層完全分隔開；金屬電極層，包括源電極層8及漏電極層6，所述源漏電極層分別設置在ρ-型二維層狀薄膜材料和η-型二維層狀薄膜材料半導體層上，并覆蓋在所述二維層狀薄膜材料薄膜層的一端上；頂柵絕緣層2，所述頂柵絕緣層包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鉿等；頂柵金屬電極層7設置所述頂柵絕緣層上。所述的異質結探測器感器還包括:基底，設置在所述絕緣層下面。在一實施例中，所述半導體二維層狀薄膜材料薄膜層為過渡金屬硫族化合物、黑鱗等。在一實施例中，所述絕緣層為二氧化硅層、PMMA層或鍺片。在一實施例中，所述石墨烯為CVD石墨烯或手撕的石墨烯。在一實施例中，所述絕緣層的厚度為300納米。在一實施例中，所述頂柵絕緣層為10納米二氧化鉿。在一實施例中，所述源電極層由5nm厚的鈀及50nm厚的金組成。在一實施例中，所述漏電極層由5nm厚的鈦及50nm厚的金組成。為了實現上述目的，本專利技術實施例提供一種光電流成像測量系統，所述的光電流成像系統包括:電流放大器、云臺、激光光源及電流表，其中，所述的異質結光電探測器包括:絕緣層，所述絕緣層為300納米二氧化硅；襯底絕緣層，所述絕緣層包括二氧化硅、PMMA等柔性絕緣襯底；頂柵絕緣層，所述頂柵絕緣層包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鉿等；ρ-型二維層狀薄膜材料薄膜層，所述ρ-型二維層狀薄膜材料薄膜層疊放在一個確定層數的石墨烯上，η-型二維層狀薄膜材料薄膜疊放在上述石墨烯下，整個異質結器件層置于所述絕緣層上，石墨烯將兩半導體層完全分隔開；金屬電極層，包括源電極層及漏電極層，所述源漏電極層分別設置在ρ-型二維層狀薄膜材料和η-型二維層狀薄膜材料半導體層上，并覆蓋在所述二維層狀薄膜材料薄膜層的一端上;所述頂柵金屬電極層設置所述頂柵絕緣層上。在一實施例中，所述的異質結探測器感器還包括:基底，設置在所述絕緣層下面。光電流成像過程中，所述探測器放在云臺上，入射光通過鏡頭聚焦在上述的探測器上，通過云臺對不同區域的光進行聚焦，光強度不同產生光電流強度不同，利用所述電流放大器對光電流放大，通過不同區域的光電流對不同區域進行光電流成像。有益效果:本專利技術的異質結探測器不同于傳統的探測器。首先，本專利技術的探測器以二維層狀薄膜材料層作為光敏元件，不同于傳統光探測元件，該異質結探測器可以做的非常小。其次，二維層狀薄膜材料異質結中的石墨烯的無帶隙能帶結構可以吸收所有波段的光。從而實現寬波段光探測。本身二維層狀薄膜材料如過渡金屬硫化物石墨烯等對光吸收較強。最后，二維層狀薄膜材料異質結可以有效抑制暗電流實現非常高的信噪比和微弱光探測。同時最重要的是探測器探測紅外波段能夠在室溫工作。所述異質結在探測器在不加偏置電壓情況下測試開光和關光時候電導的變化的光伏響應。通過改變照射光波長，獲得不同波段的探測靈敏度。施加偏置電壓后可以對物體做光電流成像?！靖綀D說明】圖1為本專利技術實施例一的基于層狀材料的光電探測器的器件結構圖；圖2為本專利技術實施例一的基于層狀材料的光電探測器的光電流成像系統圖?！揪唧w實施方式】下面將結合本專利技術實施例中的附圖，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦＠夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。如圖1所示，本專利技術實施例提供了一種基于層狀材料異質結的光電探測器，所述的異質結的光電探測器包括:絕緣層1、2，金屬電極層6、7、8及二維層狀薄膜材料薄膜層3、4、5和基底層9。絕緣層1上放置3、4、5堆疊的異質結。源電極8和漏電極6分別設置在η-型二維層狀薄膜材料薄膜層4和ρ-型二維層狀薄膜材料薄膜層5上，高介電絕緣層2覆蓋上述的異質結。頂柵電極7做在介電層2覆蓋的異質結上。 在一實施例中，源電極層由5nm厚的鈦及50nm厚的金組成，漏極層由5nm厚的鈀及50nm厚的金組成。 p-g-n異質結探測器還包括:基底9，該基底9設置在絕緣層1下面，基底9可以為硅等絕緣性材料，本專利技術僅以硅為例進行說明。二維層狀薄膜材料薄膜異質結層3、4、5為本專利技術的異質結p-g-n探測器的核心部分通過中間層石墨烯可以增加探測器的帶寬和增加結區的寬度。當入射光波段在兩種半導體吸收限以下后，響應主要是石墨烯對光的吸收。同時半導體結形成的內建電場有效的一直暗電流。使得器件獲得較高的信噪比，在紅外長波波段室溫下有較高的光響應。本專利技術的異質結p-g-n探測器中的半導體二維層狀薄膜材料薄膜層可以為摻雜石墨烯薄膜、過渡金屬硫族化物、黑鱗、黑砷磷、氮化硼等。中間石墨烯層也可以用其他光吸收好的二維薄膜材料。本專利技術僅當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于層狀材料異質結的光伏探測器，其特征是所述的光伏探測器包括在基底上設有自下到上的結構：襯底絕緣層，所述絕緣層包括二氧化硅、PMMA等柔性絕緣襯底；p?型二維層狀薄膜材料薄膜層，所述p?型二維層狀薄膜材料薄膜層疊放在一個確定層數的石墨烯上，n?型二維層狀薄膜材料薄膜疊放在上述石墨烯下，整個異質結器件層置于所述絕緣層上，石墨烯將兩半導體層完全分隔開；金屬電極層，包括源電極層及漏電極層，所述源漏電極層分別設置在p?型二維層狀薄膜材料和n?型二維層狀薄膜材料半導體層上，并覆蓋在所述二維層狀薄膜材料薄膜層的一端上；頂柵絕緣層，所述頂柵絕緣層包括二氧化硅、三氧化二鋁、二氧化鉿；頂柵金屬電極層設置所述頂柵絕緣層上；所述的異質結探測器感器還包括：基底，設置在所述絕緣層下面。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：繆峰，龍明生，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32
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